1 Flyde og synke Hvilke variable, mener du, har betydning for om ting flyder eller synker i vand?:

Transkript

1 1 Flyde og synke Hvilke variable, mener du, har betydning for om ting flyder eller synker i vand?: Beskriv hvordan disse variable skal kontrolleres hvis man vil undersøge deres betydning i et forsøg: 2 Flyde og synke Hvad viser Eksperiment 1?: Hvad viser Eksperiment 2?: 3 Flyde og synke Dåse X har samme masse som dåse og samme volumen som dåse. Tror du at dåse X vil flyde eller synke?: Hvad observerede du?: X Dåse Y har samme masse som dåse og samme volumen som dåse. Tror du at dåse Y vil flyde eller synke?: Hvad observerede du?: Hvad har du lært af dåse X og dåse Y s opførsel mht. hvilke variable det er nødvendigt at tage i betragtning for at kunne forudsige om dåserne vil flyde eller synke?: Y &HQWHUIRU1DWXUIDHQHV'LGDNWLN 6LGH $DUKXV8QLYHUVLWHWGRNWREHU

2 $ % & ' ( &HQWHUIRU1DWXUIDHQHV'LGDNWLN 6LGH $DUKXV8QLYHUVLWHWGRNWREHU

3 4 Flyde og synke - kortspil Spil det berømte Flyde-synke-kortspil med en klassekammerat. Spilleregler: Det gælder om at få flest af de blå kort på sit eget skema (side 2). Skriv F- og S-oplysningerne fra Eksperiment 1 og 2 på skemaet (side 2). Spiller A blander kortene og placerer kortbunken mellem jer - alle kort skal have dåsesiderne opad. Spiller B betragter det øverste kort og prøver - ud fra oplysningerne om masse og volumen - at forudsige om den viste dåse vil synke eller flyde. Vend kortet - et S eller et F vil afgøre sagen. Hvis Spiller B svarer korrekt placerer Spiller B kortet på rette plads på sit skema med S eller F opad. Hvis svaret var forkert lægges kortet på rette plads på Spiller A s skema. Herefter gentages med det næste kort - men nu er det Spiller A s tur til at prøve at forudsige om den viste dåse vil synke eller flyde. O.s.v. - hvem fik flest?: Hvilket mønster af flydere og synkere ses i skemaet?: Hvordan kan dette mønster tolkes vha. de variable og deres værdier?: 5 Hvad har du lært af "Flyde og synke 1, 2, 3 og 4"?: (benyt ordene: variable og sammensatte variabel) 6 Mere flyde og synke (tankeeksperiment) I karret er der en ukendt væske. Dåse 1 har en masse på 500 g og et volumen på 400 cm 3. Den synker i væsken. Dåse 2 har en masse på 600 g og et volumen på 700 cm 3. Den flyder i væsken. - forudsig om følgende dåser vil synke eller flyde - og begrund: Dåse 3: Masse = 500 g, volumen = 300 cm 3 Dåse 4: Masse = 500 g, volumen = 750 cm 3 Dåse 5: Masse = 250 g, volumen = 200 cm 3 Dåse 6: Masse = 1500 g, volumen = 1800 cm 3 Dåse 7: Masse = 1100 g, volumen = 1200 cm 3 Et modelskib har massen 3000 g. Hvad kan du sige om størrelsen af dets volumen, hvis det er i stand til at flyde i væsken i karret?: Hvilke variable skulle du tage i betragtning for at svare på spørgsmålene?: Hvilken sammensat variabel skulle du benytte?: Opskriv denne sammensatte variabel på matematisk form: &HQWHUIRU1DWXUIDHQHV'LGDNWLN 6LGH $DUKXV8QLYHUVLWHWGRNWREHU

4 7 Endnu mere flyde og synke Vil en dåse med den dobbelte masse og det dobbelte volumen af dåse B flyde eller synke? (begrund): Vil en dåse med det dobbelte volumen og den dobbelte masse af dåse 4 flyde eller synke? (begrund): 8 Endnu meget mere flyde og synke En ven giver dig to gaver som har samme masse. Den ene af gaverne er i stand til at flyde på vand. Hvad kan du sige om den anden gave med hensyn til dens flyde-synke-egenskaber? (begrund): En anden ven giver dig to gaver som har samme volumen. Den ene af gaverne synker hvis den bliver smidt i vand. Hvad kan du sige om den anden gave med hensyn til dens flyde-synke-egenskaber? (begrund): En tredje ven giver dig to gaver - en lille og en stor. Du holder en i hver hånd og kan mærke at de er lige tunge (samme masse). Din ven fortæller dig at den ene kan flyde i vand hvorimod den anden synker - han kan blot ikke huske hvilke, der gør hvad. Hvilken af dem flyder? (begrund): En fjerde ven giver dig to gaver - en stor og en lille - som har samme densitet. Den lille gave flyder hvis den bliver smidt i vand. Hvad kan du sige om den store gave med hensyn til dens flyde-synke-egenskaber? (begrund): 9 Flyde og synke: Oven visse vande Ting der flyder har noget oven vande - en større eller mindre del. Hvilke egenskaber afgør hvor meget der er oven vande? (begrund): 7LSGXNDQHYHQWXHOWSXWWHQROHDIGnVHUQHVRP,KDUEHQ\WWHWLYDQGLHQ 10 Flyde og synke: Descartes djævel Byg selv en Descartes djævel, tryk på flasken og studér djævelen nøje imens. Hvilken variabel er her den sammensatte variabel?: Hvilke variable er den sammensat af?: Forklar hvad der sker med alle tre variable, når du trykker på flasken: &HQWHUIRU1DWXUIDHQHV'LGDNWLN 6LGH $DUKXV8QLYHUVLWHWGRNWREHU

5 11 Kapløb Fire piger, Mie, Mia, Maj og Mis, vil finde ud af hvem af dem der kan løbe hurtigst. De løber hver 50 m og får en af deres veninder til at måle hvor lang tid det tager. Hvem af de fire piger løber hurtigst?: Fire andre piger, Tove, Tina, Tine og Thea, løber også om kap og får målt hvor langt de kan løbe i løbet af 10 sekunder. Hvem af de fire piger løber hurtigst?: Hvem af de otte piger løber hurtigst?: Forklar hvad du tænkte og anfør de variable - herunder den sammensatte variabel - som du benyttede: 50-m-løb Tid i sekunder Mie 9,5 Mia 8,0 Maj 8,5 Mis 9,5 10-s-løb Længde i meter Tove 62 Tina 60 Tine 65 Thea Kaffebrygning Søren brygger kaffe på en kaffemaskine som har effekten 1100 /s (/s kaldes også for watt). Den tager 100 s om brygningen. Peter brygger sin kaffe ved at opvarme vandet i en el-kedel som har effekten 2000 /s. Den tager 50 s om opvarmningen. Leif brygger sin kaffe ved at opvarme vandet i en mikrobølgeovn som har effekten 1100 /s. Den tager 150 s om opvarmningen. Opskriv de variable: Er det Søren, Peter eller Leif der har omsat mest energi, E, ( brugt mest energi ) ved deres kaffebrygning? (begrund/forklar hvad du tænkte): Opskriv den sammensatte variabel, E, på matematisk form: Denne variabel, E, er sammensat på en anden måde end de andre sammensatte variable som du har arbejdet med på de foregående sider. Hvordan?: 7LSSURGXNWIRUKROG &HQWHUIRU1DWXUIDHQHV'LGDNWLN 6LGH $DUKXV8QLYHUVLWHWGRNWREHU

6 13 Tryk Tryk er en sammensat variabel, hvori blandt andet variablen kraft indgår. Prøv om du kan finde ud af hvilken anden variabel der indgår i den sammensatte variabel tryk og hvordan de to variable er sammensat ved at tænke over fx: Højhælede sko versus flade sko Snesko Tegnestifter Fakirer... Den sammensatte variabel tryk er sammensat af variablen og variablen. Hent inspiration fra figuren (til højre), hvor der er vist en pind på noget fugtigt sand og beskriv hvordan du vil designe et forsøg, der undersøger sammenhængen mellem de variable, som den sammensatte variabel tryk består af: Hvilke resultater forventer du af eksperimentet?: Prøv om du kan opskrive den sammensatte variabel tryk, p, på matematisk form: Tryk samtidigt på to sammensatte sprøjter - som vist på billedet - mens du bemærker styrken i de fingerkræfter du skal bruge (lad evt. sprøjterne bytte plads i dine hænder efter at du har trykket nogle gange). Forklar fænomenet med den sammensatte variabel tryk: 14 Tryk og træklods Bestem det største og det mindste tryk som træklodsen kan udøve på et bord når den står på det. Du må benytte en kraftmåler og en lineal. Forklar hvad du gjorde: Bestem forholdet mellem det største og det mindste tryk som klodsen udøver på underlaget. Forklar hvad du gjorde: &HQWHUIRU1DWXUIDHQHV'LGDNWLN 6LGH $DUKXV8QLYHUVLWHWGRNWREHU

7 OHT 1 (NVSHULPHQW $ % & ' ( (NVSHULPHQW &HQWHUIRU1DWXUIDHQHV'LGDNWLN 6LGH $DUKXV8QLYHUVLWHWGRNWREHU

8 Lærervejledning Introduktion For at en elev kan håndtere en sammensat variabel ubesværet, må eleven kunne håndtere produktet eller forholdet mellem de variable som én variabel samtidig med at have styr på at den er opbygget af to variable, som kan ændres uafhængigt. Eksempler på sammensatte variable, der er sammensat af to variable, er tryk, densitet, fart/hastighed, arbejde, effekt, koncentration og impuls. Eleverne vil i dette forløb igen møde/arbejde med sammenhængen N = m / V - men da de arbejdede med den i forbindelse med proportionalitet, var N konstant. Nu er N imidlertid en variabel. Det må være et af målene at få denne forskel gjort eksplicit for eleverne. Ligeledes vil de i dette forløb møde sammensatte variable som er et produkt af to variable, hvor de måske senere møder dette produkt hvor det optræder som en konstant: omvendt proportionalitet. Afvikling Flyde og synke Eleverne præsenteres for begrebet sammensat variabel gennem eksperimenter med opdrift - uden at ordet opdrift dog skal bringes på banen. Eleverne vil sikkert vide at man kan støde på store tunge ting - som fx skibe - som kan flyde og små lette ting - som fx sten/nåle - som synker. I forsøg på at forudsige om plastdåser flyder eller synker i vand vil eleverne (forhåbentligt) opdage at hverken kendskab til dåsernes volumen eller deres masse hver for sig er nok. De to variable må betragtes sammen/samtidigt. Introducer evt. kort over for eleverne at de i dette forløb skal arbejde med begrebet sammensat variabel: hvad er/menes der mon med det? Udlever kun side 1 til eleverne, vis dem én af dåserne og et gennemsigtigt kar med vand og bed dem om hver for sig at tænke over og nedskrive i den første boks hvilke ting/variable ved dåsen de tror afgør om den vil flyde eller synke. Bud fra eleverne kunne være: 6 tyngde (? - kræver vel en uddybning...) 6 masse 6 luftindhold 6 størrelse (? - kræver vel en uddybning...) 6 volumen 6 overfladeareal og lign. 6 densitet. Ideen i eksperimentet falder ikke til jorden selvom nogle elever byder på densitet. For det første fordi alle eleverne givetvis vil have gavn af at få klargjort begrebet sammensat variabel og for det andet fordi erfaringen viser at selv de elever som på dette tidspunkt vil vide at det er densiteten der er afgørende er det de færreste som har forstået det på et niveau som giver dem operationelle færdigheder mht. at jonglere med densitet, masse og volumen - de har givetvis lært det som en remse. Hvis det er tilfældet vel det nok vise sig under deres arbejde ved de følgende bokse/hot-forløb. Skriv evt. alle elevernes bud på tavlen. Diskuter med eleverne hvordan man kan planlægge et eksperiment hvor indflydelsen af de to variable masse og volumen på flyde/synke-egenskaber undersøges [variabelkontrol]. Indflydelsen af variablen masse: Vis herefter eleverne dåserne AÚE. Vis eleverne tegningerne over Eksperiment 1 fra OHT 1 på en OHP (vent med at vise dem Eksperiment 2). Få fx en elev til at veje dåse A, skrive dåsernes masse på tegningerne af dåserne på OHT 1, og dernæst lægge dåsen i karret med vand, således alle kan se om den flyder eller synker. Få eleven til at skrive F eller S på OHT en. Gentag med dåse BÚE. Lad eleverne svare på spørgsmålet: Hvad viser Eksperiment 1? Saml op: hvilke konklusioner kan der drages? Sikkert ikke noget særlig bemærkelsesværdigt for de fleste: jo større masse dåsen har jo større tilbøjelighed til at synke. [Sen konkret-operationel tænkning: to variable - én afhængig variabel] Indflydelsen af variablen volumen: Diskuter igen med eleverne hvordan man kan planlægge et eksperiment hvor indflydelsen af variablen volumen på flyde/synke undersøges [variabelkontrol]. Nåede eleverne frem til det samme i boksen Flyde og synke (1)? Fat igen en elev og gentag med dåserne med samme masse men med forskelligt volumen (dåse 6Ú1). Begynd igen med dåse A (som er den samme som 6). Lad eleverne svare på spørgsmålet: Hvad viser &HQWHUIRU1DWXUIDHQHV'LGDNWLN 6LGH $DUKXV8QLYHUVLWHWGRNWREHU

9 Eksperiment 2?. Saml op: hvilke konklusioner kan der drages? For nogle elever måske lidt mere bemærkelsesværdigt end før - men stadig ret ligetil: jo mindre volumen dåsen har jo større tilbøjelighed til at synke. [Sen konkretoperationel tænkning: to variable - én afhængig variabel] Bring dåse X (man kan også begynde med dåse Y) frem på scenen. Få eleverne til at gøre sig klart at den har samme volumen som dåse 4 (som flyder) og samme masse som dåse C (som flyder). Få alle eleverne til at foretage deres egne forudsigelser om hvorvidt dåsen vil flyde eller synke og nedskrive dem i boksen inden forsøget udføres. Observationen af at den faktisk synker vil sikkert forbavse nogle [kognitiv konflikt]. Gør det samme med dåse Y (eller X) Giv eleverne tid til at tænke/bearbejde deres eventuelle kognitive konflikt. [Håndtering af denne sammensatte variabel kræver formel operationel tænkning: tre variable - to uafhængige variable] Kortspillet: Udlevér de øvrige sider til eleverne og sæt dem til at læse reglerne for kortspillet. Mønstret der deler flydere fra synkere bliver (nogenlunde) en diagonal. At det kun er nogenlunde vil måske genere nogle. Tilbyd eventuelt eleverne at de selv kan checke det: - der er én ekstra dåse af hvert volumen, så de elever der vil checke kortspillets facits kan fx putte lodder eller andet i dåserne og derefter putte dåserne i vand. Bemærk at det ikke er meningen/muligt for eleverne at forudsige alle dåsernes synke-/flydeegenskaber - nogle må blive et gæt - men spillebrikkernes afsløring af nogle af dåsernes synke-/flydeegenskaber giver mulighed for at forudsige andre dåsers egenskaber. Afsæt tid til elevernes metakognition. Opsaml eventuelt (nu eller efter de næste bokse) på 6 det essentielle budskab om sammensatte variable 6 at både volumen og masse skal tages i betragtning for at forudsigelser om flyde/synke kan gøres - spørgsmål som vil et tankskib der vejer ton flyde eller synke kan ikke besvares før dets volumen kendes Udstyr: Fem dåser med samme volumen men med varierende masser: g der mærkes AÚE (Udleveret af CND: 700mL/900mL-dåser: ydre mål:175mmx78mm). Seks dåser med samme masse, 400 g, med varierende voluminer (mærket 1Ú6). Dåse A og 6 er den samme. (Udleveret af CND: Dåse 5: 500mL/663mL: ydre mål: 130mmx78mm; Dåse 4: 400mL/566mL: ydre mål: 110mmx78mm; Dåse 3: 200mL/262mL: ydre mål: 90mmx60mm; Dåse 2: 170mL/223mL: ydre mål: 77mmx60mm; Dåse 1: 125mL/177mL: ydre mål: 60mmx60mm). Én dåse - mærket X - med samme volumen som dåse 4, men med massen 800 g. (Udleveret af CND) Én dåse - mærket Y - med samme volumen som dåse 5, men med massen 600 g. (Udleveret af CND) (Put fx en plastpose i dåserne og hæld sand/jern eller andet i poserne/dåserne til rette masse. Sørg for at skrue låget hårdt på, så ikke der trænger vand ind). Vægt (evt. en simpel balancevægt med 100- eller 200g-lodder). Gennemsigtigt kar med vand - stort og dybt nok til at de største dåser tydeligt kan ses synke. (14 sæt) spillebrikker til Flyde-synke-kortspil. (Udleveret af CND) Ekstra dåser af nr. 1, 2, 3 og 4 til de elever, der vil checke kortspillets facits ved fx at putte lodder i dåserne. (Udleveret af CND) Mere flyde og synke (tankeeksperiment) Om dåse 1 og 2 der synker hhv. flyder i vand: Bemærk at eleverne ikke nødvendigvis skal vide at N = 1 g/cm 3 - ej heller noget om opdrift. Oven visse vande Som det ses er der lagt op til at eleverne kan prøve at sænke nogle af dåserne i vand for at iagttage. Descartes Djævel - er tænkt som et eksempel hvor én tolkning af djævelens opførsel kan være at dens densitet ændres ved at dens masse ændres mens dens volumen er konstant. Benyt en gennemsigtig djævel og en gennemsigtig plastflaske med skruelåg: Djævelen kan fx være en éngangsplastpipette påhængt en gængs metalkontorclip eller en 1-kronemønt over en eller to clips. Flasken kan være en ½-L-sodavandsplastflaske - helst cylindrisk med jævn overflade, da det giver eleverne en rimelig chance for at opdage/observere at luftvoluminet i djævelen mindskes, når der trykkes på flasken (det er svært for eleverne at observere gennem flasker med ujævn overflade - som fx CocaCola-flasker). Bed fx eleverne om selv at medbringe sodavandsflasker, udlevér éngangsplastpipetterne til eleverne, lad dem afklippe ca. halvdelen af det lange pipetterør og påsætte en clip. Bed dem om at lukke noget vand i pipetten, dog så den stadig flyder (fx i vand i et bægerglas/kaffekrus) og bed dem derefter placere pipetten i sodavandsflasken, skrue låget på, klemme hårdt om flasken og udtænke en forklaring. &HQWHUIRU1DWXUIDHQHV'LGDNWLN 6LGH $DUKXV8QLYHUVLWHWGRNWREHU

10 Effekten med volumenformindskelsen er tydeligt at iagttage for eleverne, hvis der er lidt mere vand i pipetten end det der netop får den til at flyde Udstyr: ½-L-sodavandsflasker med skruelåg Éngangsplastpipette (Udleveret af CND) Metalkontorclip (Udleveret af CND) Bægerglas/kaffekrus Kaffebrygning Her præsenteres eleverne for produkt af variable i en sammensat variabel Kapløb De to første spørgsmål kan besvares ved kun at håndtere én variabel. For at besvare det sidste spørgsmål er det tanken at eleverne er nødt til at klargøre for sig selv hvad hurtigst vil sige - og indføre begrebet fart som sammensat variabel. Tryk Sørg for at eleverne som minimum har en fornemmelse af kraftbegrebet - fx som muskelkraft (ved at løfte og/eller trække), kraft målt med simpel fjeder-kraftmåler, jo større masse jo større tyngdekraft eller lignende. Pind i fugtig sand - det var tanken at eleverne måske finder på at pinden kunne belastes med forskellige lodder, og at dybden den trænger ned i sandet måles som funktion heraf - og herefter en forsøgsrække med samme lod, men med pinde med forskellige diametre [Sammensatte variable, Variabelkontrol]. Eleverne kan evt. udføre forsøget med forskellige lodder på rektangulære eller kvadratiske trælister med forskellige arealer (fx diagonaler fra 5 mm til 2 cm) mod fugtet sand To sammensatte sprøjter med hver sin stempeldiameter Prøv fx at overlade to sammensatte sprøjter med hver sin stempeldiameter til eleverne uden hjælp. Hvis ingen vegne de når, så giv dem hintet om at trykket er ens ved begge stempler (ellers ville luften strømme). Hvis eleverne benytter at trykket er konstant, så fordres der proportionalitetstænkning/-ræsonnement: at sammenligne to forhold: F 1 /a 1 = F 2 /a 2 Evt. senere brobygning for to sammensatte sprøjter når der undervises i arbejde: argumenter v.h.a. A = F # ûs (evt. A = - p # ûv) Udstyr: To sprøjter med hver sin stempeldiameter og et stykke slange til at forbinde dem (Udleveret af CND) Tryk og træklods Kræver at eleverne har lidt kendskab til kraftbegrebet - fx kendskab til newton via en simpel kraftmåler/dynamometer. Opsaml til slut på 6 det essentielle budskab om sammensatte variable 6 at sammensatte variable både kan være et forhold mellem variable eller et produkt af variable - eller begge dele... Forslag til brobygning...når der i undervisningen fremover arbejdes med sammensatte variable - dvs. udover densitet og tryk så fart/hastighed, arbejde, effekt, impuls, kinetisk energi, nyttevirkning, koncentration, molarmasse m.v.. 'HOHDIGHWWH+27I\VLNPDWHULDOHHUKHQWHWIUDFRS\ULKWEHVN\WWHWHQHOVNPDWHULDOH&1'KDUInHWORYWLODWEHQ\WWH GHWLIRUV V MHPHG0DWHULDOHWPnGHUIRULNNHGLVWULEXHUHVXGHQIRUNUHGVHQDI+27I\VLNGHOWDHUH &HQWHUIRU1DWXUIDHQHV'LGDNWLN 6LGH $DUKXV8QLYHUVLWHWGRNWREHU

11 MEGET LØS IDÉ: Udkast til lærervejledning til addition af variable : Om at addere (sammensatte) variable Det er en gængs erfaring at mange gymnasieelever, hvis de skal bestemme densiteten for en legering af to metaller uden at bekymre sig, kan finde på at addere de to metallers densiteter - ligesom mange kan finde på at addere specifikke varmekapaciteter - og ligeledes med andre variable som er sammensat som et forhold mellem variable. Tanken med denne opgave er at tydeliggøre for eleverne, at de skal tænke sig om, når de har at gøre med variable, der er sammensat som et forhold mellem variable. Der er lagt op til at læreren tager en snak med eleverne for at hjælpe til med at generalisere de observationer som de har gjort med Stafetløb og Olie-eddikedressing. Altså at man kan addere variable, der er sammensat som et produkt af variable, men ikke variable, der er sammensat som et forhold mellem variable. (...holder det vand????...) Ekstensiv/intensiv... Om at addere (sammensatte) variable Stafetløb Kurt og Keld løber stafetløb. Kurt løber 100 m på 20 sekunder og afleverer derefter stafetten til Keld, som herefter løber 100 m på 25 sekunder. Indsæt i skemaet værdierne for de tre variable: strækning, tid og fart: Stafetløb Kurts løb Kelds løb Det samlede løb Strækning: Tid: [...velsagtens andre værdier????] Fart: Olie-eddikedressing Susan og Signe laver olie-eddikedressing. Susan har 50 cm 3 eddike som har massen 50 g. Signe har 80 g olie som har voluminet 100 cm 3. De blander deres væsker til dressing. Indsæt i skemaet værdierne for de tre variable: masse, volumen og densitet: Dressing Susans væske Signes væske Den samlede væske Masse: Volumen: Densitet: Hvilke af de seks variable er sammensatte variable?: Er de sammensatte variable et produkt af eller et forhold mellem de variable? Har du lært nogen om at addere (sammensatte) variable? - og i givet fald: hvilket?: EVT.: lav ex med: Varme Extensiv var.?????? Varmekap. Extensiv var.??????? Spec. varmekap. Intensiv var.??????????? Ex med produkt-samm.var. som går godt???? Diskuter med dig selv, dine kammerater og din lærer hvordan man håndterer addition af sammensatte variable som 6 er sammensat som et forhold mellem variable: 6 er sammensat som et produkt af variable: &HQWHUIRU1DWXUIDHQHV'LGDNWLN 6LGH $DUKXV8QLYHUVLWHWGRNWREHU